高大空间暖通空调系统的设计与节能

2020-02-28何鹏

绿色环保建材 2020年2期

何鹏

新疆生产建设兵团建工设计研究院（有限责任公司）

1 前言

在建筑施工技术及城市化建设的快速发展下，高大空间建筑结构越来越多。在其暖通空调系统设计过程中，不仅要满足室内空气和温度调节的需求，还要尽可能降低空调系统能耗，从而满足建筑节能化发展要求。因此，在暖通空调系统设计过程中，应从高大空间建筑特点出发，制定合理的设计方案。

2 高大空间暖通空调系统设计特点

高大空间暖通空调系统设计由于建筑体量大，本身能耗水平较高。而且在系统运行过程中，需要满足不同功能空间的供暖及通风需求。如果设计不合理，就难以对室内环境作出有效调节，而且会产生较大的能源浪费问题。高大空间暖通空调系统设计特点具体体现在以下几个方面：（1）建筑内部空间的高度大，会出现明显的温度梯度分层，由于建筑外墙与地面面积比较大，在室内空气流通过程中容易受到外界环境影响。（2）高大建筑空间通常具有许多种功能分区，不同功能分区对空调系统的使用要求不同，比如影院、剧场、音乐厅等人员较为密集的场所，新风量需求会比较大。（3）高大空间建筑的不同功能分区通常具有特殊用途，比如体育场馆、展览厅等，使用时间较为集中，还要根据使用时间区分高峰和低谷，从而减少不必要的能源消耗。（4）高大空间建筑在冬季空调供暖设计方面面临着较大难度，由于热空气比重低，会聚集在空间上部，因此地面活动区域感受不到热风，同时也会产生能源浪费问题，需要采取特殊的空调设计方式。

3 高大空间暖通空调系统设计及节能措施

3.1 局部空间设计

从建筑使用性能角度来看，暖通空调系统设计首先要满足室内居住舒适度的要求，根据不同的空间使用功能，提供足够的热量或冷量。比如在一座4层会展中心建筑中，建筑主要功能区间为中央玻璃展厅，其竖直方向短轴半径为32m，纵向半径为38m，3层中部位置设计有一个天桥横跨球体，高度为28m，外部采用玻璃墙结构。建筑内部空间的复杂性为暖通空调设计增加了难度，其天桥横跨球体仅能在天桥下部设计风道，而且根据外立面造型设计要求，在外立面不能留通风口。针对这种情况，可以采用局部空间空调设计方法，通过确定室内空间的人流活动范围，针对其活动范围设计风道。其中，中部球体属于临时休憩区域，人流活动范围主要为二层顶部的天桥通道以及一层休息区域，可以顺着天桥在楼板下放设计送风口，安装风道，使空调系统能够直接作用于人流活动范围，最大化的发挥空调系统对于人体舒适度的改善作用，同时有利于降低空调系统运行能耗。

3.2 分层空调设计

分层空调设计方案是目前高大空间建筑暖通空调设计的常用方法。比如在某剧院建筑空调设计过程中，剧院舞台尺寸为51m×23m×32m，设计有三个人行天桥，高度分别为10.2m、14.2m和18.2m，此外还设计有一个高度为22.7m的葡萄架。由于舞台上部需要安装吊杆、吊灯等机械设施，不能安装空调风道，那么在该建筑暖通空调系统设计过程中，主要根据舞台上部灯光系统发热量大的特点，采用分层设计方法，在第一个天桥下设计送风道，侧面可以调整送风角度，满足不同季节送风需求。同时在第二个天桥下面设计送风道，负责引入空气，并在侧面设计条缝式送风口，借助水平射流防止上下空气传统。然后在第三个天桥下设计排风设备，用于疏散舞台上方灯光系统产生的热量。此外，还可以在室内设置循环系统，将上部过热空气引入到下部空间使用，满足冬季供暖需求，起到节约能源的作用。

3.3 下部送风设计

针对高大空间建筑内部存在温度梯度分层的特点，可以通过采用下部送风方式，提高通风效率、改善空气质量，为室内人群提供舒适的环境条件。一般可采用地板送风方式，但是送风口应避开人员密集需求。比如在一个礼堂建筑观众席区的暖通空调系统设计过程中，采用下部送风与上部回风方式。比如观众席分为上下两层，共设置了1200个座位，下部送风口主要根据座椅进行设计，利用座椅支座座位送风口，风量控制为50m3/h。同时为了防止对观众产生影响，应控制送风口风速在0.2m/s 以内。回风风管可以设计在吊顶处，并将排风口设置在灯光附近，利用空调上升气流对灯光系统进行降温，进一步提高空调通风利用率。在此情况下，可以同时满足人的环境舒适度需求以及礼堂设备运行条件需求。在设计优化过程中，还可以通过控制温度分层界面高于人流活动区域，确保人的体感舒适度。

3.4 新风系统设计

在新风系统设计方面，需要尽量利用外界空气调节室内环境温度，减少冷热源的消耗，从而实现节能设计目标。特别是对于商场、体育中心、会展中心等人员密集、对新风量要求较高的场景，应采用全新风运行方式，充分利用新风实现冷热调节目的。全新风运行方式需要对排风系统进行合理设计，防止室内正压过高，影响新风的引入。因此，在设计过程中，需要确保新风系统与排风系统相互适应，根据新风量需求确定风口面积。在具体设计过程中，需要充分考虑建筑结构设计等方面的要求，提前在建筑立面预留新风口。如果新风风道占用空间较大，可以选择将空调系统设计在室外，通过协调各方面影响因素，可以最大化的发挥新风系统对于室内空气环境的调节作用。